JP4840185B2

JP4840185B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP4840185B2
Application number: JP2007037242A
Authority: JP
Inventors: 弘樹大黒; 博之板花
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2007-02-17
Filing date: 2007-02-17
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2027-02-17
Also published as: JP2008204671A

Description

本発明は、半導体発光素子を有する発光装置を用いた照明装置に関する。

照明器具などの光源として、従来から蛍光体ランプや白熱電球、ハロゲン電球などが用いられている。近年、これらに代わる光源として、半導体発光素子を用いた発光装置（発光ダイオード、ＬＥＤ）を搭載した照明装置が研究されている。

例えば、特開２００５−２８６２６７号公報に開示される発光ダイオードランプは、高出力での照明が可能なように、放熱部を備えている。具体的には、発光ダイオードが配置される発光ダイオード基板と口金との間に放熱部と回路収容部とを有し、発光ダイオード基板と放熱部とが接するように配されている。回路収容部は放熱部と口金を連結する外装対を有している。そして、放熱部としては、アルミニウムや銅などの熱伝導効率が高い部材で形成されており、例として、ほぼ円柱形状のアルミニウム材料で形成され円柱形状の一方をＬＥＤ配置面とする放熱部が挙げられている。また、別の例として、放熱部の側壁に放熱溝が設けられた形状も挙げられている。

特開２００５−２８６２６７号公報。

しかしながら、上記のような円柱形状の放熱部は、ＬＥＤから発生する熱を放熱させるため、温度が高くなる。そのため、ランプ交換時などに火傷をするなどの危険が伴う。また、アルミニウム材料などの金属材料で円柱形状を形成すると、重量が非常に大きくなって落下した際などに危険である。また、単なる円柱形状では放熱が十分に行われない場合がある。放熱部の側壁に放熱溝を設けることで放熱性は向上するが、高熱を有する放熱部が露出されているため、取り扱い時に注意を要する点においては円柱形状の場合と同様である。

そこで、本発明は、上記の問題を鑑みなされたものであり、複数の発光装置を用いた高出力の照明装置において、放熱性を確保しつつ、取り扱いの容易な照明装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明の照明装置は、発光装置が配置される給電板と、給電板が熱的に接合される放熱部材と、放熱部材を収納する筐体と、筐体に取り付けられ発光装置に電源供給する電源供給部材と、を有する照明装置であって、筐体は、放熱部材が露出する開口部を有していることを特徴とする。これにより、高出力で駆動させた場合も熱が効率よく外部に放出されることができ、また、駆動時に高温となる放熱部が筐体によって保護されているため、取り扱い時に危険を伴うことなく安全に作業を行うことができる。

また、本発明の請求項２に記載の照明装置は、筐体は、開口部が設けられている側面を有し、側面視において対向する開口部が、略同一形状であることを特徴とする。これにより、放熱性を向上することができる。

また、本発明の請求項３に記載の照明装置は、発光装置は、透光性のカバー部材によって被覆されている。これにより、発光装置を保護するとともに、光を拡散させて均一な発光とすることができる。

また、本発明の請求項４に記載の照明装置は、筐体は、放熱部材が包含される上部筐体と、電源供給部材に接続されるとともに回路収容部を有する下部筐体とを有し、放熱部材が下部筐体から離間していることを特徴とする。これにより、発光装置からの熱を下部筐体に伝わりにくくすることができる。

本発明により、高出力が可能な照明装置において、優れた放熱性を有するとともに、取り扱い時に火傷などの危険を伴わず、安全に作業を行うことが可能な照明装置とすることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための照明装置を例示するものであって、本発明は、照明装置を以下に限定するものではない。

また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図１は、本実施の形態における照明装置１００を示す。図１Ａ、図１Ｂは照明装置１００を示す斜視図、図１Ｃは側面図、図１Ｄは断面斜視図、図１Ｅは上面図である。

本実施の形態において、照明装置１００は、複数の発光装置２００が配置される給電板１０５と、給電板１０５と熱的に接合される放熱部材１０１と、放熱部材１０１を収納する筐体と、筐体に取り付けられ発光装置に電源を供給する電源供給部材１０３とを有している。また、発光装置が載置されている側には、透光性カバー１０４が設けられている。そして、本発明においては、筐体の、放熱部材が露出する開口部を有していることを特徴としている。以下、各部材について詳説する。

（筐体）
筐体は、放熱部材を収納するとともに、電源供給部材が取り付けられているものであり、照明装置の本体を構成する部材である。上面視において、略円形とするのが好ましいが、これに限らず、任意の形状とすることができる。

具体的には、図１Ａ〜図１Ｄに示すように、筐体１０２は、放熱部材収納部Ｃを有する略円筒状の上部筐体１０２ａと、回路収納部Ｄを有する下部筐体１０２ｂを有している。下部筐体１０２ｂには、電源供給部として用いる口金に合わせた円筒部と、この円筒部から上部筐体１０２ａにかけて傾斜するように設けられる傾斜部とからなり、これらの内部に回路が収納されている。ここではＥ２６の規格のものを採用している。

上部筐体１０２ａは、側面に開口部Ａを有しており、内部に収納されている放熱部材１０１がその開口部Ａから露出するように構成されている。開口部Ａは、図１Ｃに示すように、側面視において略長方形であり、ここでは、４個の開口部Ａが形成されている。

ここで、筐体の材料として樹脂を用いて金型で成形する場合などは、側面視において、対向する開口部が、略同一形状であるようにするのが好ましい。これにより、金型の部材を少なくすることができるため、工程を少なくできるため、コストを低減させることができる。

また、このような形状に限らず、図３に示すように、筐体３０２のうちの上部筐体３０２ａに設けられた開口部Ｅは、短辺を円くした略長方形であり（楕円でもよい）照明装置３００の側面視において長辺が斜めになるような配置としてもよい。そして、この開口部Ｅからは放熱部材３０１が露出されており、これによって効率よく放熱できるとともに、安全に取り扱いができるようになる。

このように、開口部の大きさや形状、数については、任意に選択することができるが、照明装置の取り付けなどの作業においては開口部以外の領域を手で持つため、開口部を大きくしすぎるのは好ましくない。そのため、作業するための領域を残し、且つ、放熱性に支障のないように開口部の大きさや数を設計するのが好ましい。

下部筐体１０２ｂは、回路収納部を有しているとともに、電源供給部が取り付けられている。電源供給部としては、図１などに示すように、一般的な口金を用いることができ、これにより、現在用いられている蛍光ランプなどの代替品として容易に使用することができる。このとき用いる金口の大きさや、発光装置の大きさなどによって、下部筐体１０２ｂの円筒部や傾斜部の形状を適宜選択することができる。なお、このような傾斜部を設けず、全て円筒形とすることもできるが、照明装置の周囲に反射部材などを配置するような場合などは、傾斜部を設ける方が取り扱い易いため好ましい。

上部筐体１０２ａと下部筐体１０２ｂとは、ネジ１０８によって固定されており、図１Ｂに示すように、下部筐体１０２ｂの下側からネジ止めしている。ネジ止めは下部筐体１０２ｂの傾斜部にネジ孔を設けており、ネジが下部筐体１０２ｂの傾斜面から突出しないようにしている。そして、本実施の形態においては、隣接するネジ止め部の間に、開口部Ｂを設けている。この開口部Ｂは、下部筐体１０２ｂから上部筐体１０２ａ側まで貫通しているものであり、この部分からも放熱部材１０１が露出している。このように、の側面だけでなく下面にも開口部を有する筐体とすることで、より放熱性を向上させることができる。

本実施の形態において、開口部は筐体の側面と底面との両方に設けているが、いずれか一方に設けるのでもよい。放熱性を考慮すると両方に設けるのが好ましいが、上部筐体の側面のみに開口部を設けてもよく、あるいは下部筐体から上部筐体の底面まで貫通する開口部のみを設けてもよい。

また、本実施の形態では、筐体は上部筐体と下部筐体とからなっているが、このような別部品ではなく、一体的に形成してもよい。あるいは、上部筐体と下部筐体の間に、さらに別の筐体（部品）などを設けることもできる。

以上のような筐体は、放熱部材に近接する位置に設けられるため、耐熱性に優れた部材を用いるのが好ましく、また、直接人の手に触れ易い部分であるため、熱伝導率の低い部材が好ましい。さらには、照明装置の本体でもあるため、機械的強度にも優れたものを用いる必要がある。また、製造し易い部材が好ましく、耐熱性の樹脂や、セラミックなどが好ましい。具体的には、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などが好ましい。

（放熱部材）
放熱部材は、発光装置から発生する熱を外部に放出するためのものであり、熱伝導率の高いものが用いられる。効率よく熱を放出するために、放熱部材と発光装置とは熱的に接触するように設けられる。このとき、発光装置と放熱部材を直接接するようにするのが好ましいが、図１Ａ、図１Ｃなどに示すように、給電板１０５などの別部材を介して間接的に設けてもよい。この場合、間に介在する部材は放熱部材と同様に熱伝導率の高い部材を用いるのが好ましい。

また、電源供給部１０３や下部筐体１０２ｂに、発光装置からの熱が伝わりにくくするために、放熱部材１０１を、下部筐体１０２ｂから離間するように固定するのが好ましい。例えば、図１Ｄに示すように、放熱部材の板状部１０１ａを上部筐体１０２ａと接するように固定するのが好ましい。放熱部材１０１は、放熱機能としては板状部１０１ａよりも柱状部１０１ｂの方が優れており、発光装置２００からの熱は柱状部１０１ｂに向けて伝わって行く。この柱状部１０１ｂが下部筐体１０２ｂに接していると、発光装置からの熱が伝わり易い。従って、放熱部材のうち特に柱状部１０１ｂを下部筐体と離間させることで、熱が伝わりにくくすることができる。そして、この柱状部１０１ｂの近傍に上部筐体１０１ａの開口部Ａや下部筐体の開口部Ｂを設けることで、より放熱性を向上させることができる。

放熱部材の形状は、発光装置が載置可能で、且つ、放熱し易いように表面積を広く有する形状とするのが好ましい。例えば、図１Ｃに示すように、放熱部材１０１は、発光装置２００が載置される上側は略円形の板状部１０１ａからなり、発光装置２００が配置される面（上面）の裏面側には、複数の柱状部１０１ｂが設けられている。柱状部１０１ｂは板状部１０１ａの裏面に対して略垂直となるように接合されており、それぞれ、一定の間隔を空けるようにして板状部１０１ａから下側に向けて延在するように設けられている。このように柱状部を設けて表面積を大きくすることで、効率よく放熱させることができる。柱状部の太さ、長さ、本数、さらには断面形状などについては、搭載される発光装置の数や出力に応じて適宜選択することができる。

放熱部材の好ましい材料としては、熱伝導率の高い金属を用いるのが好ましい。具体的には鉄、銅、アルミニウムなどが挙げることができ、特に銅、アルミニウムが好ましい。これらは、単体で用いてもよく、あるいは合金として用いても良い。また、錆び易い部材などの場合は、防錆部材を表面にコーティングするなどの表面処理を行ってもよい。このような板状部と柱状部とは、同じ部材で用いるのが好ましいが、別部材を用いることもできる。

（給電板）
給電板は、上面に配線パターンが形成されており、その配線パターンと導通可能なように上面に発光装置が固着されている。さらには筐体に収納されている回路と導通するための導電が接合されている。給電板の裏面には放熱部材が配されており、熱的に接合されている。発光装置からの熱を速やかに放熱部材に伝えるために、給電板と放熱部材とは接触領域が多くなるように接合するのが好ましい。

図１Ｅに示すように、本実施の形態においては、給電板１０５は照明装置の上面視において略円形であるが、これに限らず、任意の形状とすることができる。また、放熱部材１０１上にネジ１０７によって固定されているが、これに限らず、耐熱性に優れた接着部材で接合させることもできる。

また、本実施の形態においては、複数の発光装置２００が載置された給電板１０５が１つ用いられており、このようにすることで放熱部材１０１上に給電板１０５を載置する際に少ない手間で作業を行うことができる。さらには、発光装置２００の種類や数、配置などを比較的自由に選択することができる。しかしながら、これに限らず、１つの発光装置が載置された状態の給電板を、複数用いることもできる。これにより、より所望の形状に載置し易く、設計の自由度が高くなる。また、表面積が大きくなるため放熱性も向上する。

また、給電板は、放熱部材に速やかに熱を伝えることが必要であるため、熱導電率の高い部材を用いるのが好ましく、上述の放熱部材と同様に部材を挙げることができる。

（カバー部材）
カバー部材は、発光装置を被覆するように設けられるものであり、透光性のものが用いられる。図１Ａなどに示すように、略半球状の形状であり、筐体１０２の接合するように設けられている。これにより、発光装置を外部から保護することができる。また、発光装置を複数設ける場合などは、カバー部材によって光を拡散させることができ、均一な発光とすることができる。形状や大きさについては、所望に応じて、任意の形状とすることができる。

カバー部材は、母体として透光性、あるいは透明のものを用いるのが好ましく、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル、ガラスなどを用いることができる。また、この中に、拡散剤としてチタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等を混在させたり、あるいは、顔料や、発光装置からの光を変換して異なる波長の光とする波長変換部材を混在させることもできる。波長変換部材としては、後述において発光装置に用いられる波長変換部材と同様のものを用いることができる。なお、このカバー部材は省略することもできる。

（発光装置）
図２は、本実施の形態の照明装置に搭載されている発光装置を示す。本実施の形態において、発光装置のパッケージ２０１は樹脂からなり、側面と底面を有し上面を開口部とする凹部２０３を有している。凹部２０３の底面には、導電部材としてリード端子２０２が露出するように設けられている。さらにそれらリード端子の一部はパッケージに内包されるとともに、パッケージ２０１の側面から突出するように延在している。これにより、パッケージ２０１に配置された複数の半導体発光素子２０４の導体配線として機能する。半導体発光素子２０４及び保護素子２０５は、樹脂や金属ペーストなどのダイボンド部材によってリード端子２０２上に固定される。そして、導電性ワイヤにより半導体発光素子２０４や保護素子２０５のｐ電極及びｎ電極とリード端子２０２とを電気的に接続している。また、これらを被覆するように、凹部２０３の内部には樹脂などの封止部材が充填されている。

発光装置パッケージ２０１は、半導体発光素子や保護素子などを載置可能な載置面積を有していればよく、例えば、導体配線が設けられた板状のパッケージや、図２に示すような凹部を有するパッケージなどを用いることができる。パッケージの発光部の大きさは光学レンズの入光部と同等か、それよりも小さい大きさとするのが好ましく、さらに、円形状の発光部とするのが好ましい。

本実施の形態において、発光装置に搭載される半導体発光素子は１つあるいは２以上の複数個であってもよく、各半導体発光素子の組成や波長や個数、配置などについては、任意に選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。

蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。

封止部材中に、波長変換部材として半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光部材を含有させることもできる。

蛍光部材としては、半導体発光素子からの光を、より長波長に変換させるものの方が効率がよい。蛍光部材は、１種の蛍光物質等を単層で形成してもよいし、２種以上の蛍光物質等が混合された単層を形成してもよいし、１種の蛍光物質等を含有する単層を２層以上積層させてもよいし、２種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層を２層以上積層させてもよい。

蛍光部材としては、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、または、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩またはＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。好ましくは、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体である、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体である。また、Ｙの一部もしくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなどもある。さらに、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。

本発明に係る照明装置は、複数の発光装置（ＬＥＤ）を用いた場合に生じる熱を効率よく外部に放出させるとともに、その熱に伴い高温となる放熱部が内包されていることで安全に取り扱いが可能な照明装置とすることができるため、家庭用一般照明や、屋外用証明など各種照明器具などにも利用することができる。

図１Ａは、本発明に係る照明装置の例を示す斜視図である。図１Ｂは、本発明に係る照明装置の例を示す斜視図である。図１Ｃは、本発明に係る照明装置の例を示す側面図である。図１Ｄは、本発明に係る照明装置の例を示す断面斜視図である。図１Ｅは、本発明に係る照明装置の例を示す上面図である。図２は、本発明に係る発光装置の例を示す斜視図である。図３は、本発明に係る照明装置の例を示す側面図である。

符号の説明

１００、３００・・・照明装置
１０１、３０２・・・放熱部材
１０２、３０２・・・筐体
１０２ａ、３０２ａ・・・上部筐体
１０２ｂ、３０２ｂ・・・下部筐体
１０３・・・電源供給部
１０４・・・カバー部材
１０５・・・給電板
１０６・・・回路
１０７、１０８・・・ネジ
２００・・・発光装置
２０１・・・パッケージ
２０２・・・リード端子
２０３・・・凹部
２０４・・・半導体発光素子
２０５・・・保護素子
Ａ、Ｂ・・・開口部
Ｃ・・・放熱部材収納部
Ｄ・・・回路収納部

Claims

発光装置と、該発光装置が配置される給電板と、該給電板が熱的に接合される放熱部材と、該放熱部材を収納する筐体と、該筐体に取り付けられ発光装置に電源供給する電源供給部材と、を有する照明装置であって、
前記筐体は、開口部を有するとともに前記放熱部材を収納する上部筐体と、前記電源供給部材に接続される下部筐体と、を有し、
前記放熱部材は、前記下部筐体から離間していることを特徴とする照明装置。
前記開口部は、前記上部筺体の側面に設けられており、
側面視において対向する開口部が、略同一形状である請求項１記載の照明装置。
前記発光装置は、透光性のカバー部材によって被覆されている請求項１または請求項２記載の照明装置。
前記筺体は、前記下部筺体から前記上部筺体まで貫通した開口部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。